Россия
В данной статье рассматриваются возможность использования оценки биологического ущерба в результате действия комплекса абиотических факторов, включая и антропогенные факторы. Снижение продуктивности древесных растений, в том числе и сосны обыкновенной, под действием абиотических факторов можно рассматривать как неполучение экосистемой и ее трофическими уровнями части потоков вещества, энергии и информации и, следовательно, считать ущербом окружающей природной среде, или биологическим ущербом
оценка биологического ущерба модельного дерева и соснового насаждения, продуктивность древесных растений, антропогенные факторы
Исходя из того, что снижение прироста биомассы является причиной сокращения внутрисистемных потоков, а масштабы снижения прироста характеризуют биологический ущерб экосистеме, была сделана оценка биологического ущерба для модельного дерева сосны и соснового насаждения.
Естественные абиотические факторы, например, такой, как засуха, обусловливают периодический характер «провалов» продуктивности в отличие от антропогенных воздействий, которые, выступая, как правило, в виде постоянных техногенных эмиссий, постепенно ведут к деградации природных экосистем и ухудшению качества окружающей среды. Загрязнение атмосферы промышленными выбросами является главным антропогенным фактором дигрессии и деградации лесных экосистем. При этом оценка состояния лесов, испытывающих антропогенное влияние поллютантов, по изменениям запасов надземной фитомассы и ее фракционного состава [1], по комплексным показателям, на основе которых представляют эколого-фитотоксикологическое картирование территорий Байкальского региона [2], или с помощью других подходов [3] показывает, что техногенные эмиссии снижают продуктивность древесных растений. Оценка величины биологического ущерба включает в себя определение стоимости биотических компонентов экосистемы [4]. Если оценка стоимости биотических компонентов опирается на результаты исследования материально-энергетического хозяйства экосистемы, то ее ключевым моментом может выступать продуктивность биотических компонентов, представленная в энергетическом эквиваленте. Энергия образующегося органического вещества (NPP), вместе с энергией дыхания продуцентов (Rа) и гетеротрофного дыхания (Rg), в конечном итоге характеризует входящий поток энергии экосистемы (Аi), распределяемый по трофическим уровням (NPP и Rg) и обеспечивающий ее динамическое стационарное состояние. Каждый трофический уровень представлен в экосистемах совокупностью популяций разных видов, среди которых в круговороте потоков одни популяции играют основную, а другие – вспомогательную роль. В этом контексте сосна обыкновенная представляет собой главный вещественно-энергетический компонент экосистем лесостепного Предбайкалья.
Цель работы состояла в определении биологического ущерба от снижения прироста биомассы сосны и соснового насаждения на стадии кульминации его текущего прироста в условиях лесостепного Предбайкалья.
В работе использованы результаты 30-летнего периода изучения особенностей роста сосны обыкновенной в высоту и по радиусу на опытном участке, характеристика которого, а также экологических условий района наблюдений, методов измерения биомассы модельных деревьев приведена в [5, 6]. Естественным стресс-фактором района наблюдений является недостаточное увлажнение среды. Следует отметить, что почвенно-воздушные засухи в районе наблюдений по своему действию носят характер «одномоментного удара», резко снижающего линейный и радиальный прирост сосны. Как показали наблюдения, восстановление величины продуктивности до уровня, отмеченного накануне засухи, происходило в течение 2-6 последующих вегетаций в зависимости от степени остроты почвенно-воздушного стресса. При этом любое даже значительное изменение величины продуктивности находилось в области физиологически допустимого ее снижения, лежащего в рамках адаптивных возможностей сосны обыкновенной, обитающей в условиях недостаточного увлажнения лесостепного Предбайкалья.
Верхняя и нижняя граница диапазона изменения прироста биомассы ствола в расчете на модельное дерево сосны, выраженная в кга.с.м., соответственно описывалась уравнениями регрессии.
В этом диапазоне средняя величина прироста биомассы ствола сосны изменялась от 5,9 ± 0,5 до 3,6 ± 0,8 кга.с.м, а максимум и минимум прироста биомассы ствола составляли 7,2 и 1,8 кга.с.м. Таким образом, за счет действия естественного стресс-фактора прирост биомассы ствола модельного дерева сосны снижался почти на 40 %.
Следует отметить, действие антропогенных факторов, которым лесные экосистемы подвергаются все в большей мере, может накладываться на естественные стресс-факторы. Поскольку экосистемы подчиняются закону внутреннего динамического равновесия, следствием которого является нелинейность ответных реакций, формируемых при взаимодействии их элементов и свойств, довольно трудно относить снижение продуктивности только на счет антропогенных факторов при одновременном их действии с естественными стресс-факторами. С нашей точки зрения, этот момент необходимо учитывать при зонировании территорий, испытывающих антропогенное влияние, по степени их загрязнения, и разделять снижение продуктивности лесных экосистем, обусловленное природно-климатическими условиями от его снижения, связанного с последствиями хозяйственной деятельности человека. Величина биологического ущерба, в значительной мере обусловленная сокращением прироста биомассы ствола за вегетацию, количественно оценивалась как энергетическая стоимость снижения продуктивности на 1 кга.с.м (Wк) в расчете на модельное дерево сосны [4,7]. Для расчета энергетической стоимости снижения продуктивности (Ск) сначала определили энергетическое содержание тканей (Qк, кДж), исходя из их теплоемкости (qк) [8] и величины параметра Wк:
Qк=qk·Wk (1)
Далее рассчитали интенсивность гетеротрофного дыхания с учетом коэффициента утилизации энергии:
Rg=0,0417·р·q/∏ = кjjp1, (2)
где р – плотность древесной биомассы, т/м3; q ‒ теплота сгорания древесины, кДж/г; ∏ = кjjp1- коэффициент утилизации энергии при переходе с одного трофического уровня на другой (0,001).
Затем, учитывая время оборота энергии биомассы (Θк), оценили энергетическую стоимость сосны обыкновенной как биотического компонента экосистемы и связали ее с ценой энергетического эквивалента.
Ск= Qк· Θк + Rg/∏ (3)
При определении цены единицы энергетического эквивалента стоимости опирались на сопоставимое с утилизацией солнечной энергии автотрофными организмами производство энергии при помощи солнечных электроустановок с ценой фотоэлектрического модуля [7].
Согласно расчетам, снижение продуктивности сосны за вегетацию, выраженное в эквиваленте массы, в энергетическом эквиваленте составило 83,5 Вт, а в денежном ‒ около 11 тыс. рублей. Биологический ущерб, представленный как стоимость снижения прироста древесной биомассы в расчете на 1 га соснового насаждения за вегетацию, составил –144 кВт или 18,9 млн. рублей.
Таким образом, были определены размеры снижения продуктивности сосны, вызванные действием естественного стресс-фактора, и выражены в энергетическом и денежном эквиваленте. Поскольку подобное снижение продуктивности вполне может быть обусловлено действием на сосновые насаждения антропогенных факторов, то полученные соотношения между величиной снижения продуктивности сосны и величинами, характеризующими это снижение в энергетическом и денежном эквиваленте, можно использовать для оценки биологического ущерба сосновым насаждениям, испытывающим влияние антропогенного пресса.
1. Мартынюк А.А. Особенности формирования надземной фитомассы сосновых молодняков в условиях техногенного загрязнения // Лесоведение. – 2008. ‒ № 1. – С. 39-45.
2. Войников В.К., Воронин В.И., Михайлова Т.А., Плешанов А.С. Комплексная оценка ослабления лесных экосистем атмосферными эмиссиями на примере Байкальского региона // Сибирский экологический журнал. ‒ 2008. ‒ № 6. – С. 833-840.
3. Второва В.Н., Хлопова Л.Б. Концентрации химических элементов в растениях и почве и оценка состояния лесных экосистем // Лесоведение. – 2009. ‒ № 1. – С. 11‒17.
4. Большаков В.Н., Корытин Н.С., Кряжимский Ф.В., Шишмарев В.М. Новый подход к оценке стоимости биотических компонентов экосистем // Экология, 1998. ‒ № 5. – С. 339‒348.
5. Забуга В.Ф., Забуга Г.А. Оценка затрат на дыхание ветвейPinussylvestris (Pinaceae) по их радиальному росту // Ботанический журнал. – 2005. – Т.90. ‒ № 12. – С. 1867‒1878.
6. Забуга В.Ф., Забуга Г.А. Оценка дыхательных затрат ствола и скелетных корней Pinus sylvestris по их радиальному приросту // Ботанический журнал. – 2006. – Т. 91. ‒ № 5. – С.755‒765.
7. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов / Д.А. Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.Н. Роева и др., подред Л.А. Муравья. –М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. – С. 135-139.
8. Одум Ю. Экология. ‒ М.: Мир, 1986. ‒ 704 с.
